Ausgangsmaterial. Oxidschicht. Close

Transkript

1 Stainless steel (Ss) wurde in Europa 1912 erfunden Ein deutsches Stahlunternehmen (Krupp) ließ im selben Jahr eine Stainless steel-legierung mit 18 % Cr + 8 % Ni patentieren Heute ist diese rostfreie Stahllegierung mit 60 % des Weltverbrauchs sehr weit verbreitet Die Symbole dieser Ss-Legierung in Normen lauten EN , AISI 304 und SS 2333

2 Stahl ist rostfrei, wenn er weniger als 1,0 % Kohlenstoff enthält und mit Chrom (Cr) legiert ist Durch Chrom wird eine transparente Oxidschicht auf der Oberfläche von Stahl erzeugt, deren Dicke ca. 0, mm beträgt - bei einer Chromkonzentration von 11,0-12,0 % Rostfreier Stahl ist ein passives Material - korrosionsbeständig Korrosionsbeständigkeit nimmt zu, wenn die Chromkonzentration auf 16,0 bis 18,0 % ansteigt Oxidschicht Ausgangsmaterial

3 Rostfreier Stahl basiert auf einem Ferritkörper und wird durch die verwendeten Legierungskomponenten rostfrei Chrom (Cr) Nickel (Ni) Molybdän (Mo) Mangan (Mn) Silicium (Si) Wenn diese Komponenten in bestimmten Mengen legiert werden, ist es möglich, verschiedene Legierungen von rostfreiem Stahl zu erzeugen - Z. B. die säurebeständige rostfreie Stahllegierung ASTM (AISI) 316

4 Typen von rostfreiem Stahl: Legierungen aus rostfreiem Martensitstahl - Metall-Legierung enthält Stahl (Fe) und Chrom (Cr) - Kann gehärtet werden - Magnetisch - Schwierig zu schweißen - Guss-Stahllegierung Legierungen aus rostfreiem Ferritstahl - Metall-Legierung enthält Stahl (Fe) und Chrom (Cr) - Kann nicht gehärtet werden - Magnetisch

5 Legierungen aus rostfreiem Austenitstahl (AISI 304, 321, 316, 316Ti) - Metall-Legierung enthält Stahl (Fe), Chrom (Cr) und Nickel (Ni) - Kann nicht gehärtet werden - Legierung verfestigt sich beim Kaltformen (Biegen, Schneiden) - Nicht magnetisch Legierungen aus rostfreiem Austenit-Ferritstahl (Duplex) - Metall-Legierung enthält Stahl (Fe) und Chrom (Cr), Nickel (Ni) und Mangan (Mn) - Kann nicht gehärtet werden - Magnetisch - Hervorragende Korrosionsbeständigkeit

6 Zusammensetzung und Normnummern der wichtigsten Legierungen und Typen von rostfreiem Stahl POLARIT C max Cr Ni Mo Ti EN SFS SS 14.. DIN ASTM A ,03 17,0-19,0 9,0-11, L ,05 17,0-19,0 8,0-11, ,08 17,0-19,0 9,0-12,0 5xC-0, ,03 16,0-18,5 11,0-14,0 2,0-2, L 752 0,03 16,0-18,5 11,5-14,5 2,5-3, L ,05 16,0-18,5 10,5-14,0 2,0-2, ,05 16,0-18,5 10,5-14,0 2,5-3, ,08 16,0-18,5 10,5-14,0 2,0-2,5 5xC-0, Ti 853 0,025 10,5-12,5 6x(C+N)- 0,

7 Tabelle für verschiedene Typen von rostfreien Stählen und Materialgruppierung Typ Norm Polarit * Konzentration (%) Austenit Ferrit Austenit- Ferrit Martensit EN** ASTM*** Cmax Cr Ni Mo Sonst A ,05 0,05 0,03 0,03 0,02 0,02 0,025 0,06 0,03 0,025 0,03 0,03 0,10 0, , , ,6 4 2,7 3,5 4,5 4,5 6,5 2, ,2N 1,5Cu 0,2N 0,2Ti 0,4Ti 0,15N 0,15N *) Avesta-Polaritstahl **) Europäische Norm ***) Amerikanische Norm

8 Mechanische Eigenschaften von rostfreien Stählen Spannung (N) Martensit Austenit-Ferrit Austenit Ferrit Dehnung (%) Spannungsdehnungsdiagramme der rostfreien Stahlgruppe (Teststab mit 5 mm Durchmesser)

9 Vorteile von rostfreien Austenitstählen Gute Korrosionsbeständigkeit in oxidationsanfälligen Umgebungen Legierungen mit Molybdän sind in reduktionsanfälligen Umgebungen sehr korrosionsbeständig Gute Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen Gute Festigkeit und Oxidation bei hohen Temperaturen Gute Schweißbarkeit Gute Formbarkeit

10 Schwächen von rostfreien Austenitstählen An Schweißnaht Tendenz zu Spannungs-, Narben- und Risskorrosion in Chloridflüssigkeit Schlechte Zerspanbarkeit (Spanbrecher wird empfohlen) Schlechte Dehnbarkeit Schlechte Beständigkeit in Salz-, Schwefel- und Fluorwasserstoffsäure

11 Vorteile von rostfreien Ferritstählen Gute Korrosionsbeständigkeit in oxidationsanfälligen Umgebungen Gute Spannungskorrosionsbeständigkeit, wenn das Material mit einem Chlorid reagiert Molybdänlegierungen sind sehr korrosionsbeständig gegen Spannungs-, Risskorrosion und Lochfraß Gute Wärmeleitfähigkeit Wärmeausdehnung ist dieselbe wie bei Kohlenstoffstählen Legierungen aus rostfreiem Ferritstahl sind kostengünstiger als Legierungen aus rostfreiem Austenitstahl

12 Schwächen von rostfreien Ferritstählen: Schlechtere Schweißbarkeit und Vergütbarkeit als bei Legierungen aus rostfreiem Austenitstahl Gefahr eines Sprödigkeitsbruchs bei niedrigen Temperaturen Schlechtere Korrosionsbeständigkeit in reduktionsanfälligen Umgebungen als bei Legierungen aus rostfreiem Austenitstahl

13 Vorteile von rostfreien Austenit-Ferritstählen (EN , ) (Duplex) Gute Spannungskorrosionsbeständigkeit in oxidationsanfälligen Umgebungen Ferrit bedeutet Spannungskorrosionsbeständigkeit Gute Schweißbarkeit

14 Hauptanwendungen von rostfreien Austenitstählen: (AISI 304, 316, 317) Geschirr und Besteck (304) Industriekücheneinrichtung (304) Lebensmittelindustrie (304) Chemische Industrie (304) Kraftwerksbau (304) Brauereibranche (316) Papier- und Zelluloseindustrie (316) Chemietanker (317) Metallmöbel

15 Hauptanwendungen von rostfreien Ferritstählen: (AISI 409) Kfz-Auspuffrohre und -Katalysatoren Buskarosserien Kondensatorabdeckungen Lagerregale Waschmaschinen Kessel

16 Hauptanwendungen von rostfreien Austenit- Ferritstählen: (EN , ) (Duplex) Salzwassertechniken (Salztank) Chemietanker Offshore-Ölförderindustrie Rohölindustrie Chemie-, Papier- und Zelluloseindustrie Kesseltank Faserstofftank Aufschluss Druckbehälter

17 Hauptanwendungen von rostfreien Martensitstählen: (EN ) Wasserturbinen wichtigste Anwendung Werkzeuge Gießformen Ventile Dampfkessel

18 Korrosionstypen: Lokale Korrosion Wenn das Eintreten von Sauerstoff an einer Stelle eines Produkts aus rostfreiem Stahl nicht verhindert wird, hat sich die Oxidschicht nicht entwickelt Korrosionsbereich Rostfreie Stahlplatte

19 Korrosionstypen: Galvanische Korrosion Wenn sich zwei unterschiedliche Metalltypen in Strom führender Flüssigkeit berühren Tritt normalerweise auf, wenn Normalstahl und rostfreier Stahl miteinander verbunden werden Normaltahl Korrosionsbereich Rostfreier Stahl

20 Korrosionstypen: Interkristalline Korrosion Zu starke Wärmezufuhr kann in dem erwärmten Bereich auf beiden Seiten der Schweißnaht zu interkristalliner Korrosion führen Der erwärmte Bereich enthält normalerweise wenig Chrom Kritisch, wenn der Kohlenstoffgehalt über 0,05 % liegt Interkristalline Korrosion 100 x

21 Korrosionstypen Lochfraß und Risskorrosion Auftreten lokal in kleinen Bereichen Chloride führen zu dieser Korrosion Durch steigende Temperatur, Einbrandkerben, fehlende Verschmelzung, Schlackeeinschluss und unfertige Schweißnähte erhöht sich das Risiko von Lochfraß und Risskorrosion Risskorrosion Lochfraß

22 Korrosionstypen Spannungskorrosion: Korrosion besteht auf Legierungen aus rostfreiem Austenitstahl Chloride führen bei Temperaturen von über 60 C zu dieser Korrosion Spannung ungehärteter Schweißnähte reicht aus, um diese Korrosion zu verursachen Tritt an Haarrissen in der Schweißnaht und deren Umgebung auf Korrosion kann z. B. bei korrekter Schweißreihenfolge vermieden werden

23 Korrosionstypen Gleichmäßige Korrosion: Korrosion besteht, wenn die Korrosionsbeständigkeit unter den Betriebsbedingungen nicht ausreicht oder das Ausgangsmaterial nicht ausreichend legiert ist Wenn das Zusatzmaterial nicht ausreichend legiert ist Wenn zwischen Schweißnaht und Ausgangsmaterial ein zu großer Unterschied im Mischungsverhältnis besteht Korrosion kann in der Schweißnaht oder in deren Umgebung auftreten Auswählen des korrekten Zusatzmaterials zum verwendeten Ausgangsmaterial

24 Weitere Ursachen für Korrosion: Schleiffunke von Normalstahl Schweißspritzer Farbe Oxid Rissbildung Zündspritzer Einbrandkerben Grobschleifen

25 Oberfläche des Schweißbereichs: Chrom kann stark mit Sauerstoff reagieren Oberfläche der Schweißnaht oxidiert Unreinheit auf der Oberfläche Schwache und poröse Oxidschicht auf der Oberfläche der Schweißnaht Chromarmer Bereich unter der Oxidschicht Chromarme Stahloberfläche kann durch Oxidschicht nicht geschützt werden (Korrosion) Ohne Sekundärbehandlung ist die Naht wenig korrosionsbeständig Ausgangsmaterial Oxidierte Oberfläche Chromarmer Bereich Erwärmter Bereich

26 Die Zonen der Schweißnaht: In einer Lichtbogen-Schweißnaht finden sich verschiedene Zonen Schmelze: Metall, das während des Schweißens geschmolzen wurde Verschmelzungslinie: Bereich zwischen Schweißmetall und nicht geschmolzenem Ausgangsmaterial Wärmeeinflußzone WEZ: Schweißnaht und Teil des Ausgangsmaterials, der während des Schweißens geschmolzen wurde Schweißzone: Kombination aus Schweißung und WEZ Verschmelzungszone: Teil des Ausgangsmaterials, der während des Schweißens geschmolzen wird Wärmeeinflußbereich: Teil des Ausgangsmaterials, dessen Temperatur erhöht war

27 Die Zonen der Schweißnaht: Ausgangsmaterial Schweißzone Verschmelzungslinie Verschmelzungszone WEZ Wärmeeinflußbereich

28 Vermeidung von Verformungen beim Schweißen: Durch große Mengen von Schmelze treten Verformungen verstärkt auf Weniger Decklagen Falsch Richtig Pendelschweißen Vorbiegen Unterbrochene Schweißnaht A A

29 Symmetrisches Design Vorbiegen Schweißreihenfolge Schweißreihenfolge Vermeidung von Verformungen beim Schweißen: Befestigen vor dem Schweißen Falsch Richtig 1 3 X. 4 2 X

30 Typische Verbindungen und Schweißverfahren: I-Stoßfuge 0,2-4 mm WIG/MMA/MIG/P-MIG > 0,2 / > 1,0 / > 0,8 mm Y-Fuge > 4 mm WIG/MMA/MIG/P-MIG V-Fuge > 4 mm WIG/MMA/MIG/P-MIG X-Fuge > 10 mm von beiden Seiten geschweißt MMA/MIG/P-MIG/UP U-Fuge > 10 mm WIG/MMA/MIG/P-MIG/UP V-Fuge > 16 mm mit Badsicherung Kompakt (Ss) bzw. abnehmbar (Cu) MMA/MIG/P-MIG/UP

31 Sekundärbehandlung: Drahtbürsten Edelstahlbürste Schleifen Verschiedene Schleifwerkzeuge: Schleifpapier usw. Sandstrahlen Quarzsand Elektropolieren Passivbehandlung Wasserstoffnitrat (HNO3) 20 bis 40 % Ätzen Wasserstoffnitrat (HNO3 ) und Fluorwasserstoffsäure (HF)

32 Drahtbürsten: Durch Bürsten werden die Oxidschicht und der chromarme Bereich von der Schweißnaht entfernt Wenn Oxidschicht und chromarmer Bereich zu dick sind, sollten andere Sekundärbehandlungen angewendet werden Bürsten alleine führt nicht zu einer hohen Korrosionsbeständigkeit Korrosionsbeständigkeit wird besser, wenn Bürsten und Ätzen zusammen angewendet werden Achtung! Verwenden Sie eine Bürste aus demselben Material wie das Ausgangsmaterial und mit korrektem Drahtdurchmesser oder eine nichtmetallische Bürste

33 Schleifen: Viele verschiedene Anwendungen Grobschleifen (Rauhigkeit n:o 36) Feinschleifen (Rauhigkeit n:o 80 bis 600) Korrosionsbeständigkeit verbessert sich, wenn die geschliffene Oberfläche feiner wird Korrosionsbeständigkeit wird besser, wenn Schleifen und Ätzen zusammen angewendet werden Ausgangsmaterial kann überhitzt werden Verformungen Verfärbungen

34 Sandstrahlen: Beim Sandstrahlen sind Glaspartikel, Aluminiumoxide und Sande als Strahlmaterialien geeignet Strahlmaterial muss sauber sein und darf kein Eisen enthalten Auf der Oberfläche des Ausgangsmaterials darf sich kein Schmutz oder Öl befinden Korrosionsbeständigkeit wird besser, wenn Sandstrahlen und Ätzen zusammen angewendet werden

35 Elektropolieren: Der unpolierte Artikel wird in den elektrolytischen Leiter gelegt und mit der Anode des Stromkreises verbunden Strom gelangt in die Spitzen der Oberfläche, und diese lösen sich auf Durch Elektropolieren wird die Oberfläche glänzend, glatt und korrosionsbeständig Hauptvorteil: Wenn absolute Sauberkeit, Hygiene und gute Korrosionsbeständigkeit benötigt werden Ausgangsmaterial Aufgelöstes Metall Polierte Oberfläche

36 Passivbehandlung: Das Hauptkonzept besteht darin, eine dichte und schützende passive Haut auf rostfreiem Stahl zu erzeugen Entfernen aller Arten von Unreinheiten von der Oberfläche des Stahls Schleiffunke von Weichstahl usw. Waschen mit Wasser nach dem Bearbeiten Passivbehandlung ist nicht so effektiv wie Ätzen Bei rostfreiem Stahl werden die folgenden Säuren und Verfahren verwendet: 20 bis 40 % Wasserstoffnitrat Temperatur 60 bis 70 C Dauer 30 bis 60 min

37 Ätzen: Das Hauptkonzept des Ätzens besteht darin, die Oxidschicht und den chromarmen Bereich von der Oberfläche der Schweißnaht zu entfernen Beste Möglichkeit, eine gute Korrosionsbeständigkeit zu erreichen Art der Durchführung: Versenktes Ätzen Spritzätzen Beschichtungsätzen per Bürste Gepastetes Ätzen per Bürste Zu den Ätzsäuren gehören: Wasserstoffnitrat (HNO3 ) Fluorwasserstoffsäure (HF) Schwefelsäure (H2SO4 ) Salzsäure (HCI) Pastieren von Ätzsäure per Bürste Versenktes Ätzen

38 Reparaturschweißen: Normalerweise ist Kohlelichtbogenschweißen (Fugenhobeln) keine zulässige Methode, um Risse und Porosität einer Schweißnaht oder eines gegossenen Werkstücks aus rostfreiem Stahl zu reparieren Beim Kohlelichtbogenschweißen entsteht eine Oxidbeschichtung, die entfernt werden muss, bevor die Schweißnaht mit einer Schleifmaschine bearbeitet werden kann ACHTUNG! Durch Befolgen dieser Anweisung können Sie die Reparaturqualität erhöhen.